NO175280B - Induksjonsovn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en induksjonsovn for oppvarming og homogenisering av temperaturen under varmvalsing av tynne stålbånd, fremstilt ved kontinuerlig støping og allerede utsatt for forvalsing.

Det er vanlig kjent å benytte induksjonsovner med mellomfrekvensmating i stålindustrien. Disse ovnene blir benyttet, skjønt ikke i noen stor grad, som alternativer til gassovner for oppvarming av stenger med en tykkelse på mer enn 100 mm, mens bruken i forbindelse med bånd og strimler med tykkelser mindre enn ca. 30 mm er begrenset til en ter-misk behandling av kantene for å motvirke den naturlige nedkjølingen som, idet den er større der enn for de sentrale soner, forårsaker en slik temperaturreduksjon at det vil kunne frembringe sprekker langs båndets kanter. Imidlertid blir denne induksjonsbehandlingen av kantene utført ved hjelp av induktorer som har en C-formet fasong og som bare om-slutter kantarealet til båndet under dets foroverbevegelse som en slags glidesko, og kan dermed ikke betraktes som sanne og egentlige induksjonsovner.

Induksjonsovnene for stenger omfatter derimot en rekke induksjonsspoler hovedsakelig formet som toroider, og hvor stangen bringes til å bevege seg forover, stadig mellom to og to slike spoler, idet stangen ligger på drevne eller passive trinser som mater stangen fremover. Disse spolene har en størrelse som i bevegelsesretningen kan være av størrelses-orden 900 mm.

På den annen side foreligger det nå også anlegg for kontinuerlig produksjon av stålbånd ved kontinuerlig støping, hvor hensikten er å frembringe et sluttprodukt i form av en såkalt "kveil" eller stålplater kuttet ved forutbestemte lengder, hvor det kreves at båndene i et mellomtrinn med varmvalsing, blir oppvarmet samtidig som det inntrer en temperaturhomogenisering, i induksjonsovner, til man når den ønskede temperatur i slutt-trinnet ved valseprosessen. I denne forbindelse skal det vises til italiensk patentsøknad nr. 20752 A/88, PCT-søknad DE-88-00628 samt tysk patentsøknad nr. P-3840812.0.

I denne forbindelse vil anvendelse av kjente induksjonsovner som allerede er benyttet for stenger, imidlertid ikke gi de ønskede resultater da flere uheldige forhold vil inn-treffe, forårsaket f.eks. av at båndet misdannes og eventuelt støter mot spolene, fordi båndet har en liten stivhet i forhold til stengene som jo er meget tykkere. Dessuten krever båndet, for at temperaturhomogenisering skal fås, at oppvarm-ingen i visse soner, kanskje ikke alltid på samme måte, men likevel slik at stedet må lokaliseres hver gang, må være sterkere der hvor konsentrasjonen av flukslinjene er størst. Dette er ikke nødvendig hva behandling av stenger angår, fordi temperaturen der er mer homogen, fortsatt på grunn av den store tykkelsen.

Som eksempler på tidligere kjent teknikk kan også EP 271614 og GB 1552298 nevnes.

EP-A-0 271614 viser et varmeapparat basert på induksjon og er av den type som er beskrevet i innledningen til be-skrivelsen i dette patent, men tar først og fremst sikte på å eliminere ekstremt høye temperaturområder ved kantdelene til strimmelen som skal behandles ved hjelp av avledningsanord-ningene. Denne publikasjon viser en varmeanordning basert på induksjon, men hvor materialet som skal oppvarmes passerer mellom par av symmetrisk anbragte spoler og hvor den magnetiske fluks går tvers gjennom selve materialet og herunder står vinkelrett til dette.

Por GB 1552298 gjelder de samme betraktninger som oven-for. Denne publikasjonen angår dessuten en aluminiumstrimmel. Begge disse sistnevnte publikasjoner angår varmemetoder som utnytter tverrgående fluks og er følgelig ikke direkte rele-vante .

I henhold til foreliggende oppfinnelse mates materialet som skal oppvarmes, det vil si stålstrimlene, fremover ved at de føres aksielt gjennom sentrum av enkeltstående spoler. Disse er viklet av tråder som for det meste forløper rettvinklet til strimmelen mens den magnetiske fluks forløper i strimmelens plan, det vil si langsmed det strimmelformede materialet og i dettes fremover-retning. Den magnetiske fluks går her altså ikke på tvers av strimlene. Det må presiseres at de såkalte konsentratorene i disse publikasjoner virker som avledere idet de trekker magnetfluksen bort fra båndet, mens konsentratorene i foreliggende søknad virkelig konsen-trerer magnetfluksen i båndene.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å til-veiebringe en induksjonsovn for kontinuerlig støpte stålbånd med en tykkelse mindre enn 30 mm og allerede delvis varm-valset, hvilken ovn gir en homogen oppvarming av båndet opp til den ønskede temperatur for å fullstendiggjøre de etter-følgende trinn i valseprosessen uten å støte på de ovennevnte ulemper.

Dette oppnås ved å utforme induksjonsovnen i henhold til de nedenfor fremsatte patentkrav.

Induksjonsovnen i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter et arrangement av spoler, hvor hver spole er innleiret i en induktor-enhet, matet separat av én eller flere frekvensomformere hvor båndet passerer idet det understøttes og drives av par med trinser fra hver spole til den neste, idet størrelsen av hver spole i fremdriftsretningen for båndet er mindre enn 500 mm, og hvor det også er tilveiebragt fluks-konsentratorer som er fordelt i par ved hver induktor, i det minste ved oversiden eller undersiden av selve båndet.

Ifølge en foretrukken utførelse av oppfinnelsen blir fluks-konsentratorene montert bevegelig i tverr-retningen av båndet, og fortrinnsvis vinkelrett på selve båndet, for å gi en bedre fordeling av effekten i områder hvor en sterkere oppvarming er påkrevet. Disse og ytterligere formål, fordeler og særtrekk ved induksjonsovnen i henhold til foreliggende oppfinnelse, vil fremgå klart for fagfolk innenfor dette området av den følgende, detaljerte beskrivelse av en foretrukken utførelse, gitt ved hjelp av et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: fig. 1 viser et skjematisk sideriss av endel av et varmeelement i en induksjonsovn i henhold til foreliggende oppfinnelse, og

fig. 2 viser et tverrsnitt tatt langs linjen II-II i fig. 1.

Under henvisning til tegningene, viser fig. 1 på skjematisk måte endel av ovnen i henhold til foreliggende oppfinnelse sett langs fremdriftsretningen til båndet 1, idet bare ett varmeelement i selve ovnen fremgår, omfattende en spole 2 med et praktisk talt rektangulært tverrsnitt med avrundede hjørner (bedre vist i fig. 2) som er innleiret i en induktor-enhet 3, idet den er omgitt av ildfast materiale. Som det klarere er vist i fig. 1 passerer båndet l gjennom rommet som er avgrenset av hver spole 2 (høyden av denne vil ikke være mindre enn den maksimale båndtykkelse som-kan forventes), idet det drives av trinser eller ruller 10 anbragt mellom hvert varmeelement eller spole 2 og det etter-følgende. Alle rullene 10 kan være motordrevet, eller noen av dem kan være passive.

Spolen 2 mates, gjennom induktoren 3 som omgir den, ved hjelp av egnede ledere 6 i form av såkalte "strømskinner", fra en kilde med en bestemt effekt og frekvens, særlig fra én eller flere omformere (ikke vist). Frekvensen vil med fordel være fastsatt en gang for alle, mens mateeffekten eventuelt vil varieres, i avhengighet av energien som kreves for oppvarming, både som en funksjon av båndets temperatur oppstrøms for ovnen og av båndets tykkelse, og med en finregulering som er avhengig av temperaturen ved utgangen av spoleområdet. På den motsatte side av matetilkoblingen 6 kan det være til-ordnet manifoldutganger for utslipp av kjølevann, generelt betegnet med tallet 7 i fig. 2 og forbundet med induktoren 3.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det også tilveiebragt fluks-konsentratorer 4, utformet som pakker av magnetisk blikk, for å styre det primære elektromagnetiske felt og dets fluks, slik at det konsentreres i en retning stort sett parallelt med fremdriftsbevegelsen av båndet. I det areal av båndet 1 hvor den konsentrerte fluks sluttes til en ring, vil det frembringes en indusert strøm med en høyere intensitet og dermed med en større oppvarming som resultat. Fluks-konsentratorene er blitt fremstilt som to par, én øvre og én nedre. Konsentratorene 4 som tilhører det øvre par, tilsvarer konsentratorene 4' i det nedre par, mens konsentratorene er koblet to og to på hver sin side av båndet 1 idet de er koaksialt anordnet langs en akse som passerer gjennom strimmelen 1 og spolen 2. Fluks-konsentratorer 4 og 4' vil vanlig-vis bli anbragt i nærheten av kantene til strimmelen eller båndet 1, nettopp der hvor en større varmeeffekt forlanges.

Som det imidlertid er vist ved den foretrukne utførelse i fig. 2, er fluks-konsentratorene konstruert slik at de kan være bevegelige, for det første i tverr-retningen, både for å følge dimensjonsforandringer i båndets bredde og også for å kunne bli posisjonert i overensstemmelse med indre soner som kan befinne seg ved en lavere temperatur (kalde punkter), og eventuelt også i vinkelretning på planet avgrenset av båndet 1 for å gi en bedre posisjonering i høyderetning, ikke bare som en funksjon av båndets tykkelse, men også av effekten som skal konsentreres.

Som vist i tegningene, særlig i fig. 2, er de to par med fluks-konsentratorer 4, 4' montert slik at hvert element, sammen med det tilsvarende element i det andre paret, er motsatt forbundet, via en innvendig gjenget mutter, til skruer 9 som kan styres fra utsiden ved hjelp av styrings-håndtak 5, henholdsvis 5'. Skruene 9, 9' vil, langs den ene halvdelen av sin lengde være forsynt med gjenger i én retning, mens den andre halvdelen har motsatt gjenging, slik at bevegelsen av de to konsentratorer i hvert par vil være symmetrisk og selv-sentrerende når det tilsvarende håndtak betjenes. Dessuten vil skruene 9 og 9' fortrinnsvis være montert ved sin sentrale del, til en hevbar/senkbar innret-ning som også kan styres av utvendige håndtak 5a, 5a'. Disse håndtak kan f.eks. være festet til skruene 11 henholdsvis 11'/ og stå vinkelrett på skruene 9, 9', idet hver av dem passerer gjennom et hull som står rettvinklet på lengdeaksen til den sistnevnte.

Selvsagt kan en fullstendig automatisk styring av konsentratorene 4, 4' gjennomføres, både i tverr-retning og i høyderetning. Istedenfor å betjene håndtakene, kan man benytte trinn-motorer som er forbundet med en regulerings- og styringsenhet som er tilpasset prosessering, direkte i sann tid, av signaler som angir båndtemperatur, hastighet og tykkelse, signaler som til enhver tid mottas ved inngangen fra ovnen. På denne måte kan man, til enhver tid, få en optimal justering av fluks-konsentratorene, for dermed å få en bedre virkemåte for induksjonsovnen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

For eksperimentformål ble en induksjonsovn i henhold til foreliggende oppfinnelse installert, med egnet langsgående størrelse på spolene og forsynt med par fluks-konsentratorer i forbindelse med hver induktor. Hoveddata for installert effekt, antall induktorer, frekvens og størrelse på spoleinn-gangen i høyderetning, samt resultatene som oppnås under henvisning til forbrukt effekt i avhengighet av tverrsnittet til båndet og dets matehastighet, virkningsgrad osv., er nedtegnet i følgende tabell som også angir samhørende data for induksjonsovner av tidligere kjent art, nemlig induksjonsovner benyttet for vanning av stenger og hvor bare størrelsen på spolene i fremdriftsretningen for båndet er redusert uten nærvær av fluks-konsentratorer. Hva energifor-bruket angår, skal det bemerkes at dette er detektert for høyeste hastighet på båndet, for temperaturøkninger (AT) på omkring 150°C og, for den laveste hastighets vedkommende, ved AT på ca. 300°C.

Som det fremgår av dataene som er gitt for ovnsanlegget i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan man ikke bare forvente en redusert installert effekt, men også lavere effektforbruk med samme tverrsnitt og hastighet på båndet, samt høyere virkningsgrad for induktorene.

Det er ingen begrensninger på antall spoler eller varme-elementer som kan brukes etter hverandre for å utgjøre en slik ovn.

Claims (7)

1. Induksjonsovn for oppvarming av stålbånd med en tykkelse mindre enn 30 mm og særlig for å oppnå en homogen temperatur, noe som fordres for de etterfølgende trinn med varmvalsing, omfattende en rekke spoler (2) som hver er innleiret i et ildfast materiale inne i en induktor-enhet (3) og som blir separat matet av én eller flere frekvensbmformere, hvor spolene i rekkefølge gjennomløpes av båndet (1) som, for å kunne beveges forover, understøttes av par med trinser (10) mellom hver spole (2) og den følgende, karakterisert ved at viklingene i hver spole ligger i plan som i alt vesentlig står vinkelrett på både strimmelen (1) og strimmelens bevegelsesretning, slik at en magnetisk fluks genereres i samme plan som strimmelen befinner seg i og parallelt med strimmelens bevegelsesretning idet båndet gjennomløper de enkelte spoler gjennom sentrale spalter tilpasset båndets dimensjoner, at størrelsen på hver spole (2) i båndets fremoverretning, er mindre enn 500 mm, og at det er anordnet f luks-konsentratorer (4,4') tildannet av pakker av magnetisk jern-blikk fordelt i par til hver induk-torenhet (3) symmetrisk i forhold til båndets lengdeakse i det minste over eller under planet som båndet (1) befinner seg i.

2. Ovn ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av fluks-konsentratorene (4,4') er montert hovedsakelig koaksialt med en tilsvarende konsentrator i et andre par på motsatt side av båndet (1).

3. Ovn ifølge krav 2, karakterisert ved at alle fluks-konsentratorene (4,4') er posisjonert stasjonært i nærheten av side-kantene til båndet (1).

4. Ovn ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fluks-konsentratoren (4,4') er montert bevegelig i tverr-retningen i forhold til båndet (1).

5. Ovn ifølge krav 4, karakterisert ved at fluks-konsentratorene (4,4') også er bevegelig i retning vinkelrett på båndets (1) plan.

6. Ovn ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at den omfatter skruean-ordninger (9,9'; 11,11') for justering av fluks-konsentratorene, idet det er tilveiebragt ytre, styrings-håndtak (5,5'; 5a,5a').

7. Ovn ifølge kravene 4 eller 5, karakterisert ved at den omfatter drivbare anordninger for automatisk bevegelse av fluks-konsentratorene (4,4'), hvilke anordninger samarbeider med prosesseringsut-styr for prosessering av data angående båndets (1) hastighet, temperatur og tykkelse avfølt av detekteringsanordninger oppstrøms for ovnen, såvel som av data angående temperaturen ved utgangen.